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【成果介绍】
单层1T’ WTe
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由于其非传统的超导性和拓扑边界态而成为研究的热点。作为一种量子自旋霍尔绝缘体，它展示了拓扑保护的螺旋边界态，对抗背向散射，为探索新型物质态提供了理想平台。
然而，其对空气敏感性给研究内在缺陷结构带来了挑战。由于1T’ WTe
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在常规环境中的不稳定性，以往的研究主要集中在少数层或表面的结构分析，而其单层形式的原子级别表征仍然是一个难题。
为了克服这一问题，南方科技大学物理系及深圳市先进量子功能材料与器件重点实验室林君浩副教授、副教授赵悦课题组和清华大学深圳国际研究生院邹小龙助理、刘碧录团队教授在“Advanced Materials”期刊上发表了题为“Intrinsic Grain Boundary Structure and Enhanced Defect States in Air-Sensitive Polycrystalline 1T’-WTe
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Monolayer”的研究论文。
研究人员设计并构建了一种自制的惰性气体保护系统，有效保护了单层1T’ WTe
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免受氧气和水分子的影响，从而实现了其内在晶界结构的详细研究。通过核控化学气相沉积方法生长的单层多晶1T’ WTe
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样品被用于系统地探索其晶界结构及其对电子性质的影响。
研究揭示，这些晶界主要由饱和配位的W-Te菱形控制，形成了三种特定的无位错核心的GB原型。这些GB结构对晶粒在多晶片中的形态和取向分布起到了关键作用，甚至影响到沿着120°双晶界存在的增强的一维金属态。
【研究亮点】
1. 实验使用自制惰性气体保护系统，成功稳定了空气敏感的单层1T’ WTe
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，为深入探索其内在结构提供了必要的实验条件。
2. 通过侧向力显微镜（LFM）和原子尺度扫描透射电子显微镜（STEM）成像，作者识别出由饱和配位的W-Te菱形控制的三种主导晶界结构，这些结构均为无位错核心的理想模型。
3. 研究表明，这些晶界结构展示出各向异性取向，受基本单元形成的转折点影响，这进一步影响了多晶片中各种形状的晶粒分布。
4. 扫描隧道显微镜/光谱（STM/S）分析进一步确认了沿120°双晶界（TGB）存在的增强一维金属态，这与计算的能带结构一致。
【图文解读】
图1：二晶单层WTe
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中三种主导晶界的形态学。
图2.
无位错的三种主导晶界的原子结构。
图3. 毫米尺度多晶单层WTe
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薄膜中的扩展晶界路径。
图4. 由三种主导晶界原型构建的多晶单层WTe
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的形状拼图。
图5. 120° TGB的电子态。
【结论展望】
在这项研究中，作者成功地在原子尺度上识别了空气敏感的化学气相沉积生长的单层1T’ WTe
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中的内在边缘和晶界结构，采用了自制的惰性气体保护系统。作者的研究揭示了三种特定的晶界，其特征是无位错的原子结构，由各向异性边缘缝合而成，以维持最低能量状态。这些晶界作为基本构建单元，在多晶薄膜中引导晶界转折点的延伸方向。通过利用具有特定角度的这三种晶界，作者观察到了调控WTe
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域的不同取向，最终在多晶薄膜中组装出多种形态。
此外，作者还发现在120° TGB（晶界）处存在额外的金属态，表明这些晶界在基于单层WTe
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的低功耗器件中可能有潜在应用。作者的发现提供了一种新的策略，系统地探索空气敏感的二维材料中内在边缘和晶界的物理性质与原子尺度结构之间的关系。
文献信息：
https://doi.org/10.1002/adma.202311591
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